基因工程育种(硕士课程)
基因工程课程学习总结了解基因编辑与生物工程的前沿发展
基因工程课程学习总结了解基因编辑与生物工程的前沿发展基因工程课程学习总结：了解基因编辑与生物工程的前沿发展在过去的几个月里，我有幸参加了一门名称为《基因工程》的课程。
这门课程不仅为我提供了深入了解基因编辑和生物工程的机会，还让我对未来的前沿发展有了更清晰的认识。
在本文中，我将回顾我在课程中所学到的知识，并分享一些关于基因编辑和生物工程的前沿发展的见解。
首先，我想简要介绍一下基因编辑的概念。
基因编辑是一种通过人为干预改变生物体遗传信息的技术。
它涉及使用CRISPR-Cas9系统或其他类似工具，直接修改生物体的基因组结构。
通过这种方法，我们可以针对特定基因进行修改，包括删除、插入或修改基因序列。
基因编辑的应用潜力巨大，可以用于治疗遗传性疾病、增强农作物产量、改善环境适应性等等。
在课程中，我们学习了基因编辑的原理和技术细节。
我们了解了CRISPR-Cas9系统如何寻找和切割特定的DNA序列，并如何利用细胞修复机制来完成基因组的修改。
这种技术的重要性在于它的高效性和简便性，使得科学家们能够更快、更准确地进行基因编辑。
然而，我们也讨论到了基因编辑技术所面临的一些挑战和伦理问题。
例如，基因编辑的安全性和准确性仍然需要进一步提高，并且在应用于人类基因组时需要遵循伦理和法律规定。
除了基因编辑，我们还学习了生物工程的前沿发展。
生物工程是一门利用生物学原理和工程技术来解决生物问题的学科。
它涵盖了许多领域，包括生物制药、农业和环境保护等。
在课程中，我们了解了一些生物工程的应用案例和研究方向。
一项引人注目的研究方向是合成生物学。
合成生物学的目标是设计和构建新的生物系统，从而实现人工合成生物产物或改善现有生物系统的功能。
通过合成生物学，科学家们可以创造新的药物、生物燃料和可持续发展的材料。
这不仅对人类的生活产生了重大影响，还为可持续发展和环境保护提供了新的解决方案。
另一个令人兴奋的领域是基因表达调控。
基因表达调控是指调控基因在特定条件下的表达水平或时间点的过程。
基因工程课程安排方案
基因工程课程安排方案一、课程目标和教学内容1. 课程目标通过基因工程课程的学习，学生将能够了解基因工程的基本原理和技术方法，掌握基因工程的实验操作技能，培养学生的创新意识和实践能力，为学生今后从事生物科学领域的研究和工作打下坚实的基础。
2. 教学内容（1）基因工程的基本原理和概念（2）基因克隆技术（3）质粒DNA的构建和表达（4）基因敲除和基因编辑技术（5）转基因生物的制备和鉴定（6）基因工程在医学、农业、环境保护等领域的应用（7）基因工程伦理与安全问题二、课程设置和教学方法1. 课程设置本课程拟设置为专业课，主要面向生物学、生物技术等相关专业的本科生。
课程学时为32学时，一般安排在第五至七学期的选修课程中。
2. 教学方法本课程将采用理论教学与实验教学相结合的方式进行教学。
理论教学主要通过课堂讲授、教材阅读等方式进行。
实验教学主要以实验操作演示和实践操作为主，让学生亲自动手操作，加深对基因工程理论的理解。
三、课程要求与评价方式1. 课程要求（1）学生要具备一定的生物学和生物化学知识，能够理解基因工程技术的原理和方法。
（2）学生要具备一定的实验操作技能，能够独立进行基因工程实验操作。
（3）学生要具备一定的创新意识和实践能力，能够灵活运用基因工程技术解决生物科学领域的问题。
2. 评价方式课程的评价主要包括平时表现、实验报告、课程论文和期末考试等方面。
平时表现主要包括出勤情况、参与课堂讨论、课外阅读等。
实验报告和课程论文主要评价学生的实验操作能力和科研能力。
期末考试主要考核学生对于基因工程理论知识的掌握情况。
四、教学资源和保障措施1. 教学资源（1）教师力量：课程将由具有丰富基因工程研究经验的专业教师担任授课和指导实验操作。
（2）实验设备：学校将提供基因工程实验室和必要的实验设备和试剂。
（3）教材资料：选取一系列国内外权威教材和最新研究成果作为教学参考资料。
2. 保障措施学校将加强对基因工程课程的教学管理与监督，确保教学质量和实验安全。
基因工程育种技术
基因工程育种技术基因工程又称重组DNA技术，是指将一种或多种生物的基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种生物(受体)，使受体按人们的愿望表现出新的性状。
基因工程诞生于1972年，在其后几年中由于担心重组生物对环境安全的影响，基因工程技术的发展曾一度受挫。
但随着人们对DNA重组所涉及的载体和受体系统进行有效的安全性改造，以及相应的DNA重组实验室设计和操作规范的建立，再加上重组DNA技术的巨大应用潜力的诱惑，重组DNA技术迅速发展，现在，基因工程已成为生物学实验室的一项常规技术，并广泛应用于医药、农业、食品、环保等许多领域。
第一节基因工程的基本过程和原理基因工程最典型的操作如图6-1所示一般包括以下三个步骤：1．外源DNA的获得与酶切；2．外源DNA与经同样酶切的载体的连接；3．连接产物转化受体细胞及阳性转化子的筛选；分离D NA酶切酶切供体细胞重组转化子图6-1 基因工程的基本过程由图6-1可见，基因工程操作过程需要以下基本材料：外源DNA(基因)、载体、DNA 体外重组用的酶以及宿主细胞。
一、 载体外源基因导入受体细胞一般都要借助于载体，基因工程中最常用的载体是质粒载体。
图6-2所示pUC19就是最常用的载体之一。
图6-2 载体pUC19及其多克隆位点载体一般含有以下几个基本元件：(一) 复制原点载体在宿主细胞中要独立存在则应具有独立复制的能力，复制原点又称为复制起始位点(Origin，简称ori)，控制载体复制。
不同生物的载体复制原点不同，同一种生物的不同载体拷贝数和稳定性有很大差别，这主要决定于载体的复制原点的性质。
图6-2所示的pUC 系列载体的复制原点是pAM1的一个突变体，在合适的大肠杆菌宿主细胞中(如大肠杆菌JM109)其拷贝数可达500。
整合型载体的复制原点被整合位点的同源序列替代。
(二) 筛选标记一般是载体上的一段编码酶的基因，能赋予转化子新的性状，便于转化子的筛选。
载体pUC19的筛选标记是β-内酰氨酶基因（常简写为bla或Amp r），能分解氨苄青霉素中的β-内酰氨环使其失活，因此在含氨苄青霉素的平板上，只有含质粒的转化子能生长而不含质粒的宿主细胞不能生长。
基因工程育种名词解释
基因工程育种名词解释
基因工程育种是一种利用基因工程技术对植物、动物或微生物
进行改良的育种方法。
基因工程育种利用基因工程技术，包括基因
克隆、基因编辑、转基因技术等，来改变生物体的遗传特性，以达
到改良作物、改良家畜、改良微生物的目的。
这些技术可以用来增
加作物的产量、改善作物的抗病性和抗逆性，提高食品的营养价值，改善动物的生长性能和产品质量，以及生产新型的工业原料和药物等。
基因工程育种的关键技术包括基因克隆，即将感兴趣的基因从
一个生物体中分离出来并进行复制；基因编辑，即通过
CRISPR/Cas9等技术精确地修改生物体的基因组；转基因技术，即
将外源基因导入到目标生物体中，使其具有新的性状。
这些技术的
应用使得育种过程更加精准和高效，可以在短时间内获得期望的遗
传改良效果。
基因工程育种在农业、畜牧业和生物工业等领域具有广泛的应
用前景。
通过基因工程育种，可以培育出抗病虫害的作物品种，提
高食品的营养价值，改善畜禽的生长速度和产品质量，生产出更高
效的工业微生物，以及研发出新型的生物药物等。
同时，基因工程
育种也面临着一些挑战和争议，如转基因食品安全性、生态环境影响等问题，需要进行深入的研究和监管。
总之，基因工程育种是一种利用基因工程技术改良生物体遗传特性的育种方法，具有广泛的应用前景，但也需要充分考虑其安全性和可持续性。
第十二章 基因工程育种PPT课件
PCR的反应体系
模板DNA 引物 4种dNTP Taq DNA聚合酶 含Mg2+的缓冲液。
PCR的基本反应步骤及原理
（1）变性：加热至95 ℃，使模板DNA解开成单链； （2）退火：温度降至适宜，使引物与模板互补结合； （3）延伸：温度升至72 ℃ ，DNA聚合酶以4种dNTP为
主要步骤包括：
1、目的基因的获得（ DNA片段的
切
取得）
2、重组体DNA（ DNA片段和载体
接
的连接）
3、外源DNA片段引入受体组体的筛选
三、基因工程的研究意义
概括地讲，其意义体现在以下三个方面：
1.大规模生产生物分子； 2.设计构建新物种； 3. 搜集、分离、鉴定生物信息资源。
一、DNA的制备 （一）质粒DNA的制备
1. 细菌培养物的生长 2. 质粒DNA的纯化 3. 细菌染色体DNA的制备
二、目的基因的产生与分离
1. 聚合酶链式反应性内切
核酸酶 。 4. 化学合成法：DNA合成仪。
（一） PCR
供体细胞 载体
目的基因 重 组D N A分 子
受体细胞
转化细胞
基因治疗 基因诊断
多肽药物 疫苗、抗体
转基因动物
(畜 牧业、 渔业 生 物反应 器)
转基因植物 冶金、环保
(农 业、林 业 轻工 、食品 生 物反应 器)
基因工程(gene engineering)常和以下名称混用
遗传工程(genetic engineering); 基因克隆(gene cloning); 分子克隆(molecular cloning); 基因操作(gene manipulation); 重组DNA技术(recombination DNA technique)
基因工程育种微生物遗传育种
• 基因工程育种与微生物遗传育种概述 • 基因工程育种技术 • 微生物遗传育种技术 • 基因工程育种与微生物遗传育种的应
用 • 基因工程育种与微生物遗传育种的挑
战与前景
01
基因工程育种与微生物遗传育种概述
基因工程育种定义与特点
定义
基因工程育种是通过基因工程技术对 生物体的基因进行改造，以达到改良 生物性状和提高产量等目的的育种方 法。
工业领域的应用
工业酶
利用基因工程技术生产具有特殊功能的工业酶，广泛应用于洗涤 剂、食品、纺织和制药等行业。
生物燃料
通过基因工程技术改良微生物，生产高效、环保的生物燃料，减少 对化石燃料的依赖。
生物材料
利用基因工程技术生产具有特殊性能的生物材料，如可降解塑料、 生物纤维等，替代传统石化材料。
05
基因工程育种与微生物遗传育种的挑
战与前景
技术挑战与伦理问题
技术挑战
基因工程育种和微生物遗传育种技术需要高 水平的科学知识和技术能力，同时面临着技 术难度大、成本高、周期长等问题。
伦理问题
基因工程育种和微生物遗传育种涉及到人类 基因和生命形式的改变，可能引发伦理和道 德方面的争议，需要慎重考虑和规范。
未来发展方向与前景
精准育种
随着基因组学和生物信息学的发展，基因工程育种和微生物遗传育种将更加精准和高效， 能够更好地满足农业生产和生物医药等领域的需求。
VS
细胞工厂构建
通过代谢工程手段改造微生物细胞，使其 具备生产特定化学品、燃料或材料的能力 。
04
基因工程育种与微生物遗传育种的应
用
医药领域的应用
基因治疗
利用基因工程技术修复或替换缺陷基因，以达到治疗 遗传性疾病和恶性肿瘤等疾病的目。
6.2基因工程育种课件
CTTCATG GAAGTACTTAA
AATTCCCTAA GGGATT
目的基因 AATTCCGTAG
黏性末端
GGCATCTTAA
2020/7/12
12
• 什么叫黏性末端？
被限制酶切开的DNA两条单链的切口， 带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互 补配对，这样的切口叫黏性末端。
2020/7/12
13
2020/7/12
23
3、将目的基因导入受体细胞
将重组DNA导入受体细胞
扩增
2020/7/12
24
4、目的基因的表达和检测
大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的 受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它 从中检测出来。
将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中 是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌 落，保留有表达产物的进一步培养、研究。
• 作为运载体必须具备哪些条件？ 1.能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。
2.具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。
3.对宿主细胞无毒害作用。
4.具有某些标记基因，便于进行筛选。 如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应
的基因等。
2020/7/12
20
• 大肠杆菌的质粒 (plasmid)1：、细胞染色体 （或拟核DNA分子） 外能自主复制的小 型环状DNA分子；
2020/7/12
22
2、目的基因与运载体结合
细菌
供体细胞
取出质粒
取出DNA 用同种限制酶切断DNA
用连接酶连 接目的基因
用与提取目的基因 相同的限制酶切割质粒 使之出现一个切口，将 目的基因插入切口处， 让目的基因的黏性末端 与切口上的黏性末端互 补配对后，在连接酶的 作用下连接形成重组 DNA分子。
2023年研究生招生《基因工程》考试大纲
佛山科学技术学院2023年硕士研究生招生考试大纲科目名称：基因工程一、考查目标《基因工程》是佛山科学技术学院生物技术与工程专业硕士研究生入学考试同等学历加试科目。
基因工程主要是在分子水平上介绍基因结构、基因文库、基因克隆、基因重组、基因表达以及蛋白质纯化等全过程，其理论与技术已广泛应用于生物医学的各个领域，已成为生物医药专业必需学习的课程之一。
要求考生掌握基因工程的基本概念、基本原理、常用技术和方法及其在生物医药领域的应用，能综合运用所学的知识分析问题和解决问题，设计实验方案解决一定的科学问题。
二、考试形式与试卷结构（一）考试成绩及考试时间1 线下考试：试卷满分为100分，考试时间为120分钟。
2 线上考试:满分 100 分。
（二）答题方式1 线下考试：闭卷，笔试。
2 线上考试:面试形式作答。
（三）试卷内容结构工具酶、载体、核酸与基因文库、基因克隆等：40%基因重组、原核表达系统、真核表达系统：30%蛋白表达纯化、动物转基因、基因工程应用：30%注：线下或线上考试形式根据当年情况决定。
三、考查范围第一章绪论一、基因工程研究进展二、遗传物质性状三、基因及表达第二章工具酶一、限制与修饰酶限制性内切酶、甲基化酶二、DNA连接酶三、聚合酶DNA聚合酶、RNA聚合酶四、核酸酶五、核酸末端修饰酶六、其他酶第三章分子克隆载体一、质粒载体细菌质粒、酵母质粒、丝状真菌质粒、植物质粒、动物质粒二、病毒载体λ噬菌体、植物病毒、动物病毒三、人工染色体第四章核酸与基因文库一、核酸制备核酸提取、核酸检测二、基因文库基因组文库、cDNA文库、宏基因文库三、DNA测序第一代测序技术、第二代测序技术、第三代测序技术第五章基因克隆与靶向一、基因克隆靶基因部分片段获取、PCR合成法、利用核酸探针筛选、基因功能筛选、染色质免疫共沉淀、基因组测序法、人工化学合成法二、基因靶向定点突变、基因沉默、基因编辑三、基因序列分析DNA测序、基因分析、同源基因的序列比较第六章基因重组一、DNA重组体外DNA重组、体内DNA重组二、重组DNA导入宿主宿主的选择、重组DNA导入宿主三、阳性重组体的筛选与鉴定平板筛选法、电泳筛选法、菌落PCR筛选法、核酸探针筛选、测序确认、报告基因检测法第七章原核生物表达系统一、原核基因表达调控正确的阅读框、靶基因的有效转录与终止、mRNA的有效翻译、密码子利用和偏爱、翻译后的修饰加工及表达蛋白的分泌、蛋白质大小与融合标签二、大肠杆菌表达系统表达载体、表达用宿主三、外源基因表达表达重组载体的构建、外源基因的表达、基因表达类型、靶基因检测第八章真菌表达系统一、真核基因表达调控真核基因的有效转录与终止、mRNA的有效翻译、前导信号肽、表达载体类型二、酵母表达体系酿酒酵母表达系统、毕赤酵母表达系统、表达质粒的转化、阳性克隆筛选三、丝状真菌表达系统宿主、丝状真菌载体、转化方法、阳性克隆筛选第九章表达蛋白纯化一、蛋白质提取细胞破碎、破胞后处理、蛋白质浓缩、蛋白质分离二、蛋白质分析SDS-PAGE分析、Western杂交、蛋白质含量测定、蛋白质浓缩与贮存第十章动物转基因一、动物转基因系统质粒型表达载体、病毒型载体、动物宿主细胞二、基因导入动物细胞导入方法、阳性克隆筛选、靶基因表达检测三、基因诊断与治疗基因诊断、基因治疗第十一章基因工程应用与思考一、基因工程应用医药卫生领域的应用、农牧业的应用、食品工业的应用、环境保护的应用二、转基因安全性分析转基因的安全性问题、转基因的安全性管理参考书目：[1] 朱旭芬.基因工程. 高等教育出版社，2021年10月（第2版）.。
赣南师范大学2024年研究生招生考试大纲 《基因工程》考试大纲
《基因工程》考试大纲及参考书一、课程性质与考试基本要求基因工程是建立在分子生物学和遗传学基础之上的一门核心技术，它的显著特点是能够跨越生物种属之间不可逾越的鸿沟，打破常规育种难以突破的物种界限，开辟在短时间内改造生物遗传特性的新领域。
《基因工程》是介绍在分子水平上对基因进行操作的一门学科。
通过本课程的学习和考试，使学生能系统的掌握基因工程的基本理论、基本知识和基本操作技能，培养学生创新思维、实践能力和科学素养，并且能够运用本学科的基本理论和技能，解释实践中的一些实际问题。
二、考试方法闭卷考试总分：100分考试时间：2小时三、试题类型名词解释、简答题、论述题四、参考书：袁婺洲主编，《基因工程》，第二版，化学工业出版社五、课程考试内容及要求第一章基因工程概述1、基因工程的概念2、基因工程的基本流程第二章基因工程工具酶1、限制性核酸内切酶的特征2、影响限制性核酸内切酶酶切反应的因素3、限制性核酸内切酶酶切位点的引入与消失4、DNA连接酶、DNA聚合酶类、碱性磷酸酶、Cas核酸内切酶第三章基因工程载体1、克隆载体2、表达载体第四章目的基因的获取与制备1、从基因文库获取目的基因2、PCR 获取与扩增目的基因第五章目的基因导入受体细胞的方法1、把目的基因导入大肠杆菌2、把目的基因导入动物细胞第六章阳性转化自的鉴定1、遗传表型检测法2、酶切电泳检测3、PCR 扩增鉴定筛选4、DNA序列测定第七章基因工程在基因功能研究中的应用1、基因的表达谱研究技术2、基因的突变研究技术3、基因敲除技术4、基因编辑技术5、基因敲减技术6、基因过表达与异位表达技术7、基因的相互作用研究技术第八章转基因动物1、动物转基因技术2、转基因动物的筛选与检测3、转基因动物的现状与应用。
第五章 微生物基因工程育种
1960年，F.Jacob和J.Monmd提出了操纵元 （操纵子）的概念，揭示了原核生物基因表达 调控的重要规律。
基因的现代概念
移动基因（movable gene） 断裂基因（split gene） 假基因（pseudogene） 重复基因（repeated genes） 重叠基因（overlapping genes） 或嵌套基因（nested genes）
基 因 工 程 流 程 示 意 图
基因工程的应用
基因工程技术已经在医学、工业、 农业等各个领域得到了广泛的应用。
在医学上的应用
基因工程被用于大量生产过
去难以得到或几乎不可能得到的
蛋白质－肽类药物。
转基因动物和植物
转基因动物首先在小鼠获得成功。现在
转基因动物技术已用于牛、羊，使得从 牛/
第五章 工业微生物基因育种
王陶 2012年2月
目的与要求
了解和掌握基因工程育种的原理与方法； 了解基因工程的主要载体与基因定位诱变的 原理与方法。
教学重点：质粒的特性与基因工程操作原理 教学难点：基因定位诱变的原理
教学内容
1、概述 基因工程在微生物育种中的地位和作用，原理 2、基因工程载体 几种常见的载体 3、基因工程所用的酶 限制性内切酶，核酸酶，连接酶，聚合酶等 4、基因工程的主要步骤 5、基因定位诱变
孟 德 尔 研 究 的 七 对 性 状
豌豆杂交操作
孟 德 尔 分 离 律
孟 德 尔 自 由 组 合 律
黄圆 绿圆 黄皱 绿皱
1909年，丹麦的遗传学家W.
Johanssen 根据希腊语“给予生命”之义，创造了 “gene‖一词。但它只是一个抽象的单 位，并不代表物质实体。
(农业硕士生物技术课件)转基因技术与作物育种
1.根据基因表达的产物—蛋白进行基因克隆 主要步骤如下：
分离蛋白质 明确氨基酸序列 推导核苷酸序列
人工合成
利用这种方法人类首次人工合成了胰岛素基因。 虽然在早期采用这种方式已经成功地克隆了许多基因。 局限性：兼并密码子
效率低 未知基因及产物
6
2.从基因组DNA或mRNA序列克隆基因
(1)同源序列法 (Homology Based Candidate Gene Method) 根据基因家族成员所编码的蛋白质结构中具有保守氨基酸序列的特 点克隆基因家族未知成员。
34
(1)叶盘法 双子叶植物较为常用、简单有效的方法。
农杆菌共培养侵染 诱导愈伤组织 分化生芽
细菌筛选标记基因：
产物给予细胞产生一种选择压力，致使未转化细胞不能生长、发育与 分化。而转化细胞对该标记产生抗性，不影响其生长等，从而将转化细 胞选择出来，例如， Cat（氯霉抗性基因）。
植物筛选标记基因：
强调给转化细胞带上一种标记，起报告和识别作用，故称报告基因。
24
报告基因: Gus基因（β-葡糖苷酸酶基因）
14
（二）目的基因重组质粒的构建
目的基因体外重组到适当的已改造的质粒中 包括保存用中间载体（大肠杆菌寄主）：pBR322、pUC、
pBluescript K、pKS,pGEM-T 繁殖载体（大肠杆菌寄主）： JM109, TOP10 植物转化载体（农杆菌寄主）： pBI121, pCAM1001
15
33
1.载体介导转移系统
最常见的转基因方法。 将外源基因重组进入适合的载体系统，通过载体将携带的外源 基因导入植物细胞，整合在核染色体组中并随核染色体复制和 表达。 农杆菌Ti质粒（tumor-inducing plasmid）或 Ri质粒(rootindcing plasmid)介导法是迄今为止植物基因工程中应用最多、 机理最清楚、最理想的载体转移方法。
五大育种方式及原理
五大育种方式及原理
以下是五种常见的育种方式及其原理：
1. 自交法：自交法是指将同一品系或品系的不同个体自交（即亲本为同一品系），通过连续多代的自交以筛选出理想的性状的育种方式。
自交法的原理是通过连续的自交，使亲本内部的基因重组，逐渐固定理想性状的基因组合。
2. 杂交法：杂交法是指将不同品系的个体杂交，通过基因的互补、优势表现等机制，产生出比亲本更优良的后代。
杂交法的原理是通过亲本间的基因组合，使后代获得亲本中优良的性状基因，进而产生出更优良的后代。
3. 突变育种法：突变育种法是通过人工诱导或自然发生的基因突变或染色体变异，从中选取具有优良性状的变异个体进行繁殖，以获得有利特性的育种方式。
突变育种法的原理是通过基因突变或染色体变异，产生新的基因型或表现型，从中选取有利性状的个体进行繁殖。
4. 选择育种法：选择育种法是通过对大量个体进行鉴定和评价，根据所需性状选择相对优良的个体进行繁殖，以获得更具有优良性状的后代。
选择育种法的原理是通过评价和选择，筛选出具有良好性状的个体，实现良种繁殖。
5. 基因工程育种法：基因工程育种法是利用生物技术手段，将特定基因导入到目标物种中，以改良或增加其特定性状。
基因工程育种法的原理是通过导入外源基因，改变目标物种的基因
组，从而产生具有特定性状的转基因品种。
这些育种方式在不同物种和不同育种目标下有不同的应用和效果。
育种的核心原则是选择适应环境、稳定传代并具有经济价值的优良基因型。
关于基因工程的课程设计
关于基因工程的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解基因工程的基本概念、原理及操作步骤。
2. 学生能掌握基因工程在农业、医学及生物技术领域的应用。
3. 学生了解基因工程技术的最新进展及发展趋势。
技能目标：1. 学生能运用所学知识分析基因工程的相关问题，具备一定的实验操作能力。
2. 学生能运用批判性思维，对基因工程的伦理问题进行探讨和分析。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对生物科学的热爱，增强对基因工程学科的兴趣。
2. 学生认识到基因工程在人类社会发展中的重要作用，树立正确的科技观。
3. 学生能理解基因工程伦理问题，形成良好的道德观念和社会责任感。
课程性质：本课程为高中生物课程，旨在帮助学生掌握基因工程的基础知识，提高实验操作能力和科学素养。
学生特点：高中学生具有一定的生物知识基础，好奇心强，思维活跃，具备一定的自主学习能力。
教学要求：结合学生特点，注重启发式教学，引导学生主动探究，关注伦理问题，提高学生的实践能力和综合素质。
通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续生物学科的学习打下坚实基础。
二、教学内容1. 基因工程基本概念与原理- 基因的概念、组成及功能- 基因工程的定义、原理及操作步骤- 基因克隆、重组及转移技术2. 基因工程应用领域- 农业领域：转基因作物、抗虫抗病新品种- 医学领域：基因治疗、基因诊断、生物制药- 生物技术领域：基因工程菌、蛋白质工程3. 基因工程技术最新进展- 基因编辑技术（如CRISPR/Cas9）- 基因测序与大数据分析- 基因合成与生物制造4. 基因工程伦理问题- 转基因生物安全性与食品安全- 基因隐私权与基因歧视- 基因技术应用的道德与法律规范教学大纲安排：第一课时：基因工程基本概念与原理第二课时：基因工程应用领域第三课时：基因工程技术最新进展第四课时：基因工程伦理问题教学内容进度：第一周：基因概念、组成及功能，基因工程基本原理第二周：基因克隆、重组及转移技术，农业领域应用第三周：医学领域应用，生物技术领域应用第四周：基因编辑技术，基因测序与大数据分析第五周：基因工程伦理问题，讨论与分析本教学内容根据课程目标，结合教材章节，确保科学性和系统性，旨在帮助学生全面掌握基因工程相关知识。
基因工程育种技术
2.大引物PCR法 （megaprimer PCR )
先设置一个PCR反应产生一个含突变的DNA片 段，然后再以此DNA片段作为引物与原模板退火进 行PCR扩增得到含突变的完整的基因。因为作为引 物使用的DNA片段较通常的引物要大许多通常有上 百碱基，所以命名为大引物PCR法。
大引物PCR 定点诱变技术路线
6.蛋白质和酶基因诱变的策略
（1）引入二硫键提高蛋白酶的技术
（2）改变天冬酰胺提高稳定性技术
（3）提高酶活性
（4）改变酶的专一性 （5）其他基因改造技术 A、改变依赖钙离子的酶的特征 B、降低蛋白对蛋白酶的敏感性
7.基因敲除技术
（1）利用同源重组进行基因敲除
①RecA重组系统与基因敲除
②Red重组系统与基因敲除
RNA)，从而诱导内源靶基因的mRNA降解,达到阻
止基因表达的目的。
RNAi技术
基因敲除技术的缺陷
随着基因敲除技术的发展，早期技术中的许多不足和缺陷都 已经解决，但基因敲除技术始终存在着一个难以克服的缺点， 即敲掉一个基因并不一定就能获知该基因的功能，其原因包 括：一方面，许多基因在功能上是冗余的,敲掉一个在功能 上冗余的基因，并不能造成容易识别的表型，因为基因家族 的其他成员可以提供同样的功能；另一方面，对于某些必需 基因，敲除后会造成细胞的致死性，也就无法对这些必需基 因进行相应的研究了。
4.Application and prospects
①建立生物模型。基因敲除技术就常常用于建立某
种特定基因缺失的生物模型，从而进行相关的研 究。这些模型可以是细胞，也可以是完整的动植 物或微生物个体。
②疾病的分子机理研究和疾病的基因治疗。通过基 因敲除技术可以确定特定基因的性质以及研究它 对机体的影响。这无论是对了解疾病的根源或者 是寻找基因治疗的靶目标都有重大的意义。
基因工程与育种
基因工程与育种
基因工程是一种在分子水平上对基因进行操作的复杂技术，通过将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达，从而定向地改造生物的遗传性状。
基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术，通俗的说，就是按照人们意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里。
基因工程在育种方面的应用主要包括基因工程育种和基因编辑育种。
基因工程育种是通过将外源基因导入植物细胞或动物细胞，以改良或创造新的性状，从而培育出高产、优质、抗逆性强、适应性广的新品种。
基因编辑育种则是通过CRISPR-Cas9等基因编辑技术对生物体的基因组进行精确的修饰和改造，以达到定向育种的目的。
与传统育种方法相比，基因工程和基因编辑育种具有一些显著的优势。
首先，基因工程和基因编辑育种可以打破物种界限，实现跨物种的基因转移和性状改良。
其次，这些技术可以精确地定向改良生物的性状，提高育种效率和成功率。
最后，这些技术可以缩短育种周期，加速新品种的培育和推广应用。
虽然基因工程和基因编辑育种具有很多优势，但也存在一些挑战和限制。
首先，这些技术需要较高的专业知识和技术水平，需要专业人员来进行操作。
其次，这些技术的成本较高，需要大量的资金投入。
最后，这些技术需要遵守相关的法律法规和伦理规范，以确保技术的安全和合法性。
总之，基因工程和基因编辑育种是现代生物技术的重要组成部分，具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。
未来随着技术的不断进步和应用领域的拓展，这些技术将会在育种领域发挥越来越重要的作用。
基因工程 考研教材
基因工程考研教材
基因工程是生物工程领域的重要分支，考研教材的选择应该根据具体的学科方向和考试要求而定。
以下是一些基因工程考研教材的推荐：
1. 《基因工程原理》（第二版）——朱玉贤等编著，高等教育出版社。
2. 《基因工程》（第二版）——陈明编著，科学出版社。
3. 《基因工程实验教程》（第二版）——张丽君等编著，高等教育出版社。
4. 《基因工程与生物信息学》——杨金水等编著，科学出版社。
此外，一些大学的自编教材和讲义也是不错的选择，例如浙江大学、上海交通大学、复旦大学等高校的相关教材。
考生在选择教材时应该注意教材的权威性、内容的全面性和深度以及是否符合考试要求等方面。
同时，建议多参考相关的教辅资料和网络资源，进行全面的复习和巩固。
基因工程课程学习总结了解基因技术与生物工程的应用
基因工程课程学习总结了解基因技术与生物工程的应用基因工程课程学习总结：了解基因技术与生物工程的应用自从人类意识到基因在生物体内起着重要作用以来，基因工程就成为了一门备受关注的学科。
经过一学期的学习，我对基因技术与生物工程的应用有了更深入的了解。
本文将对我在基因工程课程中学习到的内容进行总结，并探讨基因工程的各类应用。
一、基因技术的概念与原理基因技术是一门利用分子生物学原理和实验技术来研究基因结构与功能，并进行基因操作的学科。
在课程中，我了解到基因技术的核心是基因的重组与修饰，其基本原理主要包括DNA的剪切、连接、转化与表达等过程。
通过这些基本操作，我们可以对基因进行人为调控，实现对生物体内基因的精确改造。
二、基因工程的应用领域基因工程的应用十分广泛，以下是其中几个重要领域的简要介绍：1. 农业领域基因工程在农业领域的应用十分重要。
通过基因技术的手段，我们可以改良农作物的遗传特性，使其具有抗病虫害、耐旱抗逆等性状。
例如，转基因作物的广泛种植，极大地提高了农作物的产量和质量。
2. 医学领域基因工程在医学领域的应用也取得了巨大的突破。
通过基因技术，科学家们可以研究人类基因与疾病之间的关系，深入了解遗传性疾病的发生机制。
此外，基因工程还为人类基因治疗提供了可能，通过修复缺陷基因或转移健康基因，可以治疗许多遗传性疾病。
3. 环境保护与资源利用基因工程在环境保护与资源利用领域也发挥着重要作用。
通过基因技术，我们可以培育出更耐盐、耐寒或耐污染的植物，用于修复受到污染的土壤和水域。
此外，利用基因工程手段还可以生产生物燃料和生物材料，实现可持续能源与资源的利用。
三、基因工程的潜在风险与伦理道德问题尽管基因工程在各个领域带来了众多的好处，但我们也不能忽视其潜在的风险和伦理道德问题。
例如，转基因作物可能对生态环境产生不可预测的影响，基因治疗在使用过程中可能出现意外的副作用等。
因此，在推广基因工程应用的同时，我们也必须要对其进行严格的监管与伦理评估，确保其安全性和可行性。
基因工程育种技术
基因工程育种技术基因工程又称重组DNA技术，是指将一种或多种生物的基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种生物(受体)，使受体按人们的愿望表现出新的性状。
基因工程诞生于1972年，在其后几年中由于担心重组生物对环境安全的影响，基因工程技术的发展曾一度受挫。
但随着人们对DNA重组所涉及的载体和受体系统进行有效的安全性改造，以及相应的DNA重组实验室设计和操作规范的建立，再加上重组DNA技术的巨大应用潜力的诱惑，重组DNA技术迅速发展，现在，基因工程已成为生物学实验室的一项常规技术，并广泛应用于医药、农业、食品、环保等许多领域。
第一节基因工程的基本过程和原理基因工程最典型的操作如图6-1所示一般包括以下三个步骤：1．外源DNA的获得与酶切；2．外源DNA与经同样酶切的载体的连接；3．连接产物转化受体细胞及阳性转化子的筛选；图6-1 基因工程的基本过程由图6-1可见，基因工程操作过程需要以下基本材料：外源DNA(基因)、载体、DNA 体外重组用的酶以及宿主细胞。
一、载体外源基因导入受体细胞一般都要借助于载体，基因工程中最常用的载体是质粒载体。
图6-2所示pUC19就是最常用的载体之一。
图6-2 载体pUC19及其多克隆位点载体一般含有以下几个基本元件：(一) 复制原点载体在宿主细胞中要独立存在则应具有独立复制的能力，复制原点又称为复制起始位点(Origin，简称ori)，控制载体复制。
不同生物的载体复制原点不同，同一种生物的不同载体拷贝数和稳定性有很大差别，这主要决定于载体的复制原点的性质。
图6-2所示的pUC 系列载体的复制原点是pAM1的一个突变体，在合适的大肠杆菌宿主细胞中(如大肠杆菌JM109)其拷贝数可达500。
整合型载体的复制原点被整合位点的同源序列替代。
(二) 筛选标记一般是载体上的一段编码酶的基因，能赋予转化子新的性状，便于转化子的筛选。
载体pUC19的筛选标记是β-内酰氨酶基因（常简写为bla或Amp r），能分解氨苄青霉素中的β-内酰氨环使其失活，因此在含氨苄青霉素的平板上，只有含质粒的转化子能生长而不含质粒的宿主细胞不能生长。
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•重组人p53腺病毒 注射液又叫“今又生” 是肿瘤基因治疗药物， 由正常人肿瘤抑制基 因p53 和改构的5型 腺病毒基因重组而成。 前者是今又生发挥肿 瘤治疗作用的主体结 构，后者主要起载体 作用，携带治疗基因 p53进入靶细胞内发 挥作用。
（二）提高菌种的生产能力
1. 提高氨基酸产量：增加基因的拷贝数 2. 提高酶的产量：改造酶基因 3.提高抗生素的产量：抗生素是次级代谢产物， 通过改变生物合成途径中关键酶基因来提高其产 量。
《发酵工程》硕士研究生课程
基因工程育种
Genetic Engineering Breeding
郭丽琼
二0一0年九月二十四日
人工诱变
杂交育种
代谢调控 育种
➢基因工程育种：通过基因工程的手段把外源基因
导入宿主菌细胞，有目的地改造宿主菌的遗传性状的 一种育种手段。主要包括以下环节：
➢载体构建策略 （１）选择合适的表达载体:含启动子、筛选标记、终
止子 （２）选择合适的限制性内切酶及其酶切位点
➢举例说明 食用菌启动子功能检测载体构建过程
四．遗传转化方法
➢ 原核生物遗传转化
• 热激法 • 电击法
➢ 真菌遗传转化
(一） PEG法
PEG(polyethylene glycol )法最早是由Davey等以 矮牵牛悬浮细胞的原生质体为受体、Krens等以烟草无 菌苗分离的原生质体为受体，在PEG的协助下开创性 地把裸露的DNA直接转化植物原生质体而创立的，他 们的研究结果为基因直接转移到受体细胞奠定了基础。 主要原理：PEG能使细胞膜之间或DNA与膜之间形成 分子桥，促使细胞间的接触和粘连，或是通过引起表面 电荷的紊乱，干扰细胞间的识别，而有利于细胞间的融 合或外源DNA的进入。 主要应用：酵母、蘑菇、平菇、草菇 、鬼伞等
在培养基中添加抗生素进行筛选。
（3）除草剂和杀菌剂抗性筛选标记 ： A) 如Bialaphos 抗性基因; B)杀菌剂Carboxin抗性基因（CbxR）;
（4）代谢产物抗性筛选标记
如从鬼伞中分离得到的trp3iar基因。该基因是抗氟基吲 哚（5-fluoroindole,5-FL）代谢的，草菇和平菇对潮霉素不 敏感，而对5-FL十分敏感，当把trp3iar 转入草菇和平菇时， 这两种食用菌就能对5-FL产生抗性，达到筛选的目的 。
（3）mRNA差别显示（mRNA differential display reverse transcription polymerase chain reaction, DDRT-PCR）
（4）抑制性消减杂交（suppressive subtractive hybridization，SSH）
D）银耳肌醇营养缺陷型菌株。
（2）抗生素抗性筛选标记 ： 抗生素抗性筛选标记已在植物、真菌遗传转化子的
筛选上广泛使用。 主要有： A) 卡那霉素抗性基因（kan+）; B) 氨苄青霉素抗性基因（Amp+) C) 潮霉素抗性基因（Hyg+）; D) 腐草霉素抗性基因（Phl+）; E) 博来霉素抗性基因（Ble+）。
结果表明：在溶氧只有5％的条件下,重组菌比野生菌细胞干 重提高了1.2倍,单位细胞谷氨酸的生产能力提高了6.5倍,单 位细胞谷氨酰胺的生产能力提高了1.4倍。（北京理工大学）
（四）提高菌种抗性
如（1）酵母只能在低温进行保存和运输，改变基因使 得酵母能在干燥条件下常温保存和运输。
（2）不耐低温的草菇，转进抗冻蛋白基因使其耐寒。
一.基因工程在微生物育种的作用
（一）药物的生产：
1.治疗用药物：人干扰素，人胰岛素，人白细胞介素，人 生长素， 动物生长素，松弛素，抑长素，红细胞生 成素，肿瘤坏死因子，表皮生长因子，集落刺激因子， 血小板生长因子，凝血因子，超氧化物岐化酶，尿激 酶，葡激酶等。
2.疫苗：甲肝疫苗，乙肝疫苗，丙肝疫苗，疟疾疫苗，伤 寒及霍乱疫苗，出血热疫苗等。
•食用菌常用启动子：
1）ras （Le.ras.gene）启动子；
2）gpd(glyceraldehydes-3-phosphate dehydrogenase)
启动子；
3）spr1(serine proteinase gene )启动子； 4）trp1（tryptophan synthetase gene）启动子；
反转录主要依赖于试剂盒完成
➢接头的设计 原则： （1）选择限制性酶：如Eco R I （5’-GAATTC-3’) （2）PCR引物设计原则 ➢引物的设计
（1）预扩增引物设计 （2）选择性扩增引物设计
➢预扩增结果
➢选择性扩增的优化结果
➢选择性扩增的优化结果
➢片断的回收和测序
ZL41： CCCGATCTCGTGCTGTACGGCGTTCCGTGTGACGCGATCCCGACAATC GCCTTCAACTGGGGCGGCGCCAACTGGACGATCAGTGCGGACAACTTT AATATCGGCCAGGAGGGCAACAGGTGCATCGGCGCCATCTCCGGTCG CGACGTTGGACTCGGTGATAACTCTTGGCTTGTGGGCGATAGGTAAGT CTATCTTCCACGTTGATAATCAATTGTATCGCTGGCTCATGATGAGACG CGTAGCTTCTTGACGGGGGTGTACTCGGCCTTCTCATACGACGACCGG GCCGTGGGCTTCGCCGCTTTGGCTTGATTTTTTTCCCTACACATTTTTG TTTGTTGTGGACGTTGTCCGTCCGAACGCGGTGCTCATGTTGAACATG GGCACGATTGCGCCACGTTGGTTCACCTTACGTATCCTAAGAAACCTG CTTAGCTAGTATGACACTTCTCCAACATATCATTAGATGCTTGCGGGGT ACTCTTGTTCCTTATAGAATCTAAATTCAGAATGATCAGCCCCGGATTC TCAATTTCGGGCACCTTGCGCAATGATTGAATGACGAAATAGGGCCAC ACACAGGTTAAGTATGGCTGTTCTTATCGCGGTGTCGTGTCGCGAATG ATGAACAGCGTTGGTCCCTGTTTGACTGCTTGCGTGTACAGTTATGAT AATACTCAGAAATGTAGCTCAGAACATGGTGACGAATAAACGAAACCC AGCAAGTGCTTATTTACGCCGCGTCACAGCAATTTCAAAATAATATAT ACCTTTCTTAGCTCTA
cloning site） （4） λ噬菌体载体
•表达质粒载体:
组成：启动子，终止子，目的基因，抗性筛选标记基因。
•限制性内切酶及其酶切位点
➢种类：I类、II类、 III类。 I类和III类限制性内切酶 兼有修饰（甲基化）作用以及依赖于ATP的切割活性。 主要存在于生物DNA损伤修复以及抵制入侵DNA。 基因操作常用的限制性内切酶是II类。 ➢II类限制性内切酶特点： （1）识别4-6bp的特异核苷酸序列； （2）产生特异的末端：粘性末端、平端如:
5）其他：
cel1(cellulose-growth-specific gene )启动子、cel3 启动子、cel4启动子、pri(primase gene )启动子、 gla1(glu-coamylase gene )启动子等。
➢ 筛选标记 （1）营养缺陷型标记 ： 营养缺陷互补标记基因有:
A) ural（二氢乳清酸）基因，杨树菇转化; B) pabl(p-氨基苯甲酸)基因，鬼伞 、蘑菇遗传转化； C）trp2(色氨酸)基因，鬼伞 、蘑菇遗传转化;
根据特异mRNA分离目的基因
（1）差别杂交（differential hybridization）, 又称：差别筛选（differential screening）
（2）缩减杂交（subtractive hybridization）， 又称：缩减cDNA克隆（ subtractive cDNA cloning）
（1）克隆目的基因；（2）获得高效表达元件（如强 启动子等）；（3）构建高效表达载体（包括转化子筛 选标记）；（4）建立高效转化体系；（5）目的基因 的转化和预期工程菌株的获得；（6）转基因生物的安 全性评价。
内容：
一、基因工程在微生物育种中的作用 二、基因工程载体 三、遗传转化方法 四、基因定位诱变 六、基因工程育种实例
3.单克隆抗体及诊断试剂：前列腺磷酸酶， T-细胞及 其亚群，狂犬病毒，风疹病毒，沙眼衣原体，T4, IgE, HCG-ß, 抗肝癌、胃癌、肺癌、白血病等单克隆抗体 及诊断试剂。
•深圳市赛百诺 基因技术有限 公司的工作人 员在基因制品 生产线上进行 操作。这是亚 洲惟一的GMP 标准的基因治 疗产品生产线。
➢技术路线
一号样（最优） 二号样（碳源） 三号样（Cu2+）
酶活变化 最大时
漆酶酶活测定 RNA提取
预扩增PCR 选择性扩增PCR
PCR 条件 优化
cDNA双链合成及纯化
差异显示
TaqI 酶切 TaqI 接头连接
差异片断的分离、回收、纯化 片断连接转化、测序
测序结果的BLAST比对和序列分析
➢总RNA的提取及反转录
（三）改进传统发酵工艺
好氧微生物在发酵过程中需要耗掉大量的氧气，若氧气不 足产量下降。在生产菌株中转化进血红蛋白基因，可提高生 产菌对氧气的耐受能力。
举例：
谷氨酸棒杆菌C.glutamicum 发酵生产谷氨酸和谷氨酰胺；
透明颤菌血红蛋白基因(Vitreoscilla hemoglobin gene,vgb）增 强细胞摄入氧的能力；
（5）代表性差异分析（representational difference analysis，RDA）
（6）cDNA扩增片段长度多态（cDNA-amplified fragment length polymorphisms， cDNA-AFLP）